2011-10-17 1
§ 4 土石坝稳定分析
一,概述
二,荷载及组合
三,稳定分析方法
四,提高稳定的工程措施
2011-10-17 2
土石坝在 自重、水荷载、渗透压力和地震荷载 作用下，
若剖面尺寸不当或坝体、坝基土料的抗剪强度不足，坝体或
坝体连同部分地基发生 滑动,造成失稳。坝基内有软弱夹层
时，也可能发生 塑性流动 。饱和细沙受地震作用还可能发生
液化 失稳。
分析目的,
分析坝体及坝基在各种不同条件下可能产生的失稳形式，
校验其稳定性，确定坝体经济剖面。
失稳特点,
坝体由散粒材料组成，不会出现整体滑动或倾覆失稳，
只可能发生局部失稳破坏。
一、稳定分析概述
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稳定破坏形式
?滑动,
坝或坝基材料的抗剪强度不够，沿某一滑动面向下坍滑。
?液化,细砂或均匀砂料，地震、打桩振动、爆炸
饱和的松砂受振动或剪切而发生体积收缩，孔隙水不能立
即排出，有效应力转化为孔隙应力，砂土抗剪强度降低，砂料
随水的流动而流散。
影响因素：有效粒径小，孔隙比大，砂料均匀，受力体大，
受力猛，透水性小，易液化。美国福特派克坝 380万立方米的
砂体在 10分钟内流失；铁路桥因火车振动而液化。
?塑性流动,
坝体或坝基剪应力超过了土料抗剪强度，变形超过弹性极
限值，坝坡或坝脚地基土被压出或隆起，坝体产生裂缝或沉陷。
软粘土坝体容易发生。
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滑动面形状
1、曲面滑动面
滑动面顶部陡而底部渐
缓，曲面近似圆弧，多发生
于粘性土中。
2、折线滑动面
多发生于非粘性土坡，
如薄心墙坝、斜墙坝；折点
一般在水面附近。
3、复式滑动面
厚心墙或粘土及非粘土
构成的多种土质坝形成复式
滑动面。当坝基内有软弱夹
层时，滑动面不再向下深切，
而沿夹层形成曲、直组合的
复式滑动。
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荷载,
1、坝体自重
坝体内浸润线以上部分按湿容重计算，下游水位以上按
饱和容重，下游水位以下部分按浮容重计算。
湿容重：单位体积中土、水、空气的重量。
饱和容重：水占满了土中的空隙，单位体积内水和土的
重量。
浮容重：土的有效重量，等于饱和容重 -1
2、渗透压力,
动水压力方向与渗流方向相同，作用于单位土体上的渗
流力可按下式计算,f=γ j
式中 γ 为水的容重,j为渗透坡降
渗透压力对边坡稳定不利
二、荷载及荷载组合
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3、孔隙水压力
土体可压缩，水是不可压缩的，且不能传递剪力。
当土体孔隙饱和时，荷载由水来承担，孔隙受压排水
后，土粒骨架开始承担（ 有效应力 ），孔隙水所承担
的应力为孔隙应力（ 孔隙水应力 ），两者之和为 总应
力 。土体中有孔隙水压力后，有效应力降低，对稳定
不利。
粘性土在以下情况会产生孔隙水压力：①施工期；
②库水位降落；③地震时附加孔隙水压力。
孔隙水压力随土料性质、填土含水量、填筑速度、
坝内各点荷载和排水条件不同，随时间变化，随排水
而变化。
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荷载组合
土石坝施工、蓄水和库水位降落的各个时期不同荷
载下，应分别计算其稳定性。控制稳定的有施工期（包
括竣工时）、稳定渗流期、库水位降落期和正常运用遇
地震四种工况，应计算的内容,
?施工期的上、下游坝坡；
?稳定渗流期的上、下游坝坡；
?水库水位降落期的上游坝坡；
?正常运用遇地震的上、下游坝坡。
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土石坝各种计算工况，土体的抗剪强度均应采用 有效应
力法 计算,
? ????? u ) t a n( σcτ
粘性土施工期同时采用 总应力法 计算,
uu σ ta ncτ ???
粘性土库水位降落期同时采用总应力计算,
cuccuc ??? t a n???式中,τ 为土体的抗剪强度
标为有效应力抗剪强度指、c ? ??
法向有效应力为? 孔隙压力为u
强度指标剪、c u 总为不排水u?
强度指标剪、c cu 总为固接不排水cu?
效应力库水位降落前的法向有为c? ?
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三、稳定分析
坝坡抗滑稳定计算应采用 刚体极限平衡法 。对于均质
坝、厚斜墙坝和厚心墙坝，宜采用计及条块间作用力的 简
化毕肖普法 ；对于有软弱夹层、薄斜墙、薄心墙坝的坝坡
稳定分析及任何坝型，可采用满足力和力矩平衡的 摩根斯
顿－普赖斯 等分析。
非均质坝体和坝基稳定安全系数的计算应考虑安全系
数的多极值特性。滑动破坏面应在不同的土层进行分析比
较，直到求得最小稳定安全系数。
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四、提高稳定的工程措施
如果稳定复核后安全系数不满足设计要求，可在设计
中放缓坝坡或提高土石料的填筑标准以增加坝体稳定性。
对已建土石坝，可采用下列措施,
?坝脚加压重或放缓坝坡；
?加强防渗、导渗措施；
?加固地基
§ 4 土石坝稳定分析
一,概述
二,荷载及组合
三,稳定分析方法
四,提高稳定的工程措施
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土石坝在 自重、水荷载、渗透压力和地震荷载 作用下，
若剖面尺寸不当或坝体、坝基土料的抗剪强度不足，坝体或
坝体连同部分地基发生 滑动,造成失稳。坝基内有软弱夹层
时，也可能发生 塑性流动 。饱和细沙受地震作用还可能发生
液化 失稳。
分析目的,
分析坝体及坝基在各种不同条件下可能产生的失稳形式，
校验其稳定性，确定坝体经济剖面。
失稳特点,
坝体由散粒材料组成，不会出现整体滑动或倾覆失稳，
只可能发生局部失稳破坏。
一、稳定分析概述
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稳定破坏形式
?滑动,
坝或坝基材料的抗剪强度不够，沿某一滑动面向下坍滑。
?液化,细砂或均匀砂料，地震、打桩振动、爆炸
饱和的松砂受振动或剪切而发生体积收缩，孔隙水不能立
即排出，有效应力转化为孔隙应力，砂土抗剪强度降低，砂料
随水的流动而流散。
影响因素：有效粒径小，孔隙比大，砂料均匀，受力体大，
受力猛，透水性小，易液化。美国福特派克坝 380万立方米的
砂体在 10分钟内流失；铁路桥因火车振动而液化。
?塑性流动,
坝体或坝基剪应力超过了土料抗剪强度，变形超过弹性极
限值，坝坡或坝脚地基土被压出或隆起，坝体产生裂缝或沉陷。
软粘土坝体容易发生。
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滑动面形状
1、曲面滑动面
滑动面顶部陡而底部渐
缓，曲面近似圆弧，多发生
于粘性土中。
2、折线滑动面
多发生于非粘性土坡，
如薄心墙坝、斜墙坝；折点
一般在水面附近。
3、复式滑动面
厚心墙或粘土及非粘土
构成的多种土质坝形成复式
滑动面。当坝基内有软弱夹
层时，滑动面不再向下深切，
而沿夹层形成曲、直组合的
复式滑动。
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荷载,
1、坝体自重
坝体内浸润线以上部分按湿容重计算，下游水位以上按
饱和容重，下游水位以下部分按浮容重计算。
湿容重：单位体积中土、水、空气的重量。
饱和容重：水占满了土中的空隙，单位体积内水和土的
重量。
浮容重：土的有效重量，等于饱和容重 -1
2、渗透压力,
动水压力方向与渗流方向相同，作用于单位土体上的渗
流力可按下式计算,f=γ j
式中 γ 为水的容重,j为渗透坡降
渗透压力对边坡稳定不利
二、荷载及荷载组合
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3、孔隙水压力
土体可压缩，水是不可压缩的，且不能传递剪力。
当土体孔隙饱和时，荷载由水来承担，孔隙受压排水
后，土粒骨架开始承担（ 有效应力 ），孔隙水所承担
的应力为孔隙应力（ 孔隙水应力 ），两者之和为 总应
力 。土体中有孔隙水压力后，有效应力降低，对稳定
不利。
粘性土在以下情况会产生孔隙水压力：①施工期；
②库水位降落；③地震时附加孔隙水压力。
孔隙水压力随土料性质、填土含水量、填筑速度、
坝内各点荷载和排水条件不同，随时间变化，随排水
而变化。
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荷载组合
土石坝施工、蓄水和库水位降落的各个时期不同荷
载下，应分别计算其稳定性。控制稳定的有施工期（包
括竣工时）、稳定渗流期、库水位降落期和正常运用遇
地震四种工况，应计算的内容,
?施工期的上、下游坝坡；
?稳定渗流期的上、下游坝坡；
?水库水位降落期的上游坝坡；
?正常运用遇地震的上、下游坝坡。
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土石坝各种计算工况，土体的抗剪强度均应采用 有效应
力法 计算,
? ????? u ) t a n( σcτ
粘性土施工期同时采用 总应力法 计算,
uu σ ta ncτ ???
粘性土库水位降落期同时采用总应力计算,
cuccuc ??? t a n???式中,τ 为土体的抗剪强度
标为有效应力抗剪强度指、c ? ??
法向有效应力为? 孔隙压力为u
强度指标剪、c u 总为不排水u?
强度指标剪、c cu 总为固接不排水cu?
效应力库水位降落前的法向有为c? ?
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三、稳定分析
坝坡抗滑稳定计算应采用 刚体极限平衡法 。对于均质
坝、厚斜墙坝和厚心墙坝，宜采用计及条块间作用力的 简
化毕肖普法 ；对于有软弱夹层、薄斜墙、薄心墙坝的坝坡
稳定分析及任何坝型，可采用满足力和力矩平衡的 摩根斯
顿－普赖斯 等分析。
非均质坝体和坝基稳定安全系数的计算应考虑安全系
数的多极值特性。滑动破坏面应在不同的土层进行分析比
较，直到求得最小稳定安全系数。
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四、提高稳定的工程措施
如果稳定复核后安全系数不满足设计要求，可在设计
中放缓坝坡或提高土石料的填筑标准以增加坝体稳定性。
对已建土石坝，可采用下列措施,
?坝脚加压重或放缓坝坡；
?加强防渗、导渗措施；
?加固地基
